地球辐射带研究的新进展

摘要随着人类活动逐步走向太空，对地球辐射带的研究不仅具有重要的科学价值，而且具有广泛的经济和社会价值。本文主要对辐射带最新研究的几个关键性问题如：辐射带中粒子的加速度、谐波在粒子加速度中的作用以及波粒相互作用等问题进行了讨论，并对辐射带未来研究的方向进行了展望。

关键词地球辐射带；中粒子；谐波

0 引言

20世纪初有人提出太阳在不停地发出带电粒子，这些粒子被地球磁场俘获，在地球上空形成一个带电的粒子带。50年代末60年代初，美国科学家范·艾伦（James Alfred Van Allen）根据宇宙探测器的观测，证明了带电粒子带的存在，人们称之为地球辐射带。地球辐射带分为两层，对称于地球赤道排列，且只存在于低磁纬地区上空。离地球较近的辐射带称为内辐射带，较远的称为外辐射带，也分别称为内、外范·艾伦带。

辐射带从四面把地球包围了起来，而在两极处留下了空隙。内辐射带的中心约在距地表1.5个地球半径的上空，范围限于磁纬±40°之间，东西半球不对称，西半球起始高度低于东半球，带内含有能量为50兆电子伏的质子和能量大于30兆电子伏的电子。外辐射带位于地面上空约2个~3个地球半径处，厚约6 000km，范围可延伸到磁纬50°~60°处，其中的带电粒子能量比内带小。一般说来，在内辐射带里容易测得高能质子，在外辐射带里容易测得高能电子。（图1）

辐射带中的质子和电子具有足够的能量穿透太空船和空间仪器，潜在地影响着这些装置中的原料、电路和探测器。这些粒子的辐射对空间装置系统造成多种不利的影响，这包括原料的活化、置换损害、内部的充电/放电、单一事件的扰乱/闭锁等。人造卫星材料和辐射带中的电子和质子的相互作用还会产生二次辐射，产生包括电子、中子、X射线和伽马射线等二次辐射产物，这使得观测仪器的探测变得更加复杂。辐射带的影响造成卫星故障、轨道任务降级。在极端的情况下，造成昂贵的卫星失灵。所以对辐射带的研究不仅有重要的科学价值，而且有重要的经济和社会价值。

近几年，科学家对辐射带的研究在几个关键问题上取得了新的进展。如辐射带动力学中电子局地加速度的重要性；作为加速度的来源，电磁波中谐波在辐射带的衰竭上所起的作用；其它过程在加速和减速上的作用；以及新的理论工具和数值模式在数值检验方面的作用等。本文主要讨论了辐射带中粒子的加速度、谐波在粒子加速度中的作用以及波粒相互作用等问题。

1 地球辐射带中粒子的加速度

根据粒子在辐射带中加速度的传统解释，在大尺度地磁场中，波动使粒子呈